第四章在外磁場中的原子光譜

1、第六章 在外磁場中的原子,6.1 原子的磁矩6.2 外磁場對原子的作用6.3 史特恩-蓋拉赫實驗的結果6 .3順磁共振和核磁共振6.5 塞曼效應的理論解釋6.6 物質的磁性,§,§6.1 原子的有效磁矩,一、單電子原子的總磁矩,軌道磁矩：,自旋磁矩：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,µj,µl,µ,µs,Ps,Pj,Pl,朗德因子,當 s = 0,

2、 時 當 , 時,單電子原子總磁矩（有效磁矩）,二、多電子原子的磁矩,L-S耦合,§6.2外磁場對原子的作用,在外磁場B中,原子磁矩 受磁場力矩的作用, 繞B連續(xù)進動的現(xiàn)象。,一、拉莫旋進,旋進頻率：,旋進角速度:,,,,,,,,,,,,,,,,d?,B,,dP,PJ,,?,,?,µJ,Pj繞磁場旋進示意圖,,µJ,二、原子受磁場作用的附加能量,磁

3、量子數(shù)：,共（2J+1）個,洛侖茲單位：,光譜項差：,3.分裂后的兩相鄰磁能級的間隔都等于 即由同一能級分裂出來的諸磁能級的間隔都相等, 但從不同的能級分裂出來的磁能級的間隔彼此 不一定相等,因為g因子不同。,1.原子在磁場中所獲得的附加能量與B成正比；,結論:,2.因為M取(2J+1)個可能值,因此無磁場時的原子 的一個能級,在磁場中分為(2J+1)個子,表6.1 幾

4、種雙重態(tài)g因子和Mg的值,,無磁場,有磁場,M Mg3/2 6/31/2 2/3-1/2 -2/3-3/2 -6/3,能級在磁場中分裂情況,在分裂后的磁能級間的躍遷要符合選擇定則：,時,除外。,6.3 史特恩-蓋拉赫實驗的結果,1.非均勻磁場中,原子束會發(fā)生分裂,分裂的條 數(shù)為(2J+1)條.2.原子束偏離原方向的橫向位移為,,,,,,,,,,,,,,,,,N,S,,,,史特恩-

5、蓋拉赫實驗結果,,,,,,,,,,原子 基態(tài) g Mg 相片圖樣,Su, Cd, Hg,, PbSu, PbH, Li, Na, KCu, Ag,, AuTlO,,——22/33/23/2—,0 0,0,,返回目錄,§6.

6、5塞曼效應,1896年開始荷蘭物理學家塞曼（P.Zeeman)逐步發(fā)現(xiàn),當光源放在足夠強的磁場中時，所發(fā)射的每一條光譜線都分裂成幾條,條數(shù)隨能級的類別而不同,分裂后的譜線成分是偏振的。人們稱這種現(xiàn)象為塞曼效應。(原子光譜在外磁場中進一步發(fā)生分裂的現(xiàn)象）,一、塞曼效應,單線系的每一條譜線,在垂直磁場方向觀察時,每一條分裂為三條,彼此間隔相等,中間一條( ? ) 線頻率不變;左右兩條(? )頻率的改變?yōu)??=L（一個洛侖茲單位），它們都

7、是線偏振的。?線的電矢量振動方向平行于磁場； ?線的電矢量振動方向垂直于磁場； 當沿磁場方向觀察時,中間的? 成分看不到,只能看到兩條? 線,，它們都是圓偏振的。,二、實驗規(guī)律,1.正常塞曼效應,2.反常塞曼效應,雙重或多重結構的原子光譜,在較弱的磁場中,每一條譜線分裂成許多條分線。,? ? ? ? ? ? ? ? ? ?,,,,,,,,,,,正常三重線,鋅的正常塞曼效應,鋅的單線,,,,,,,,,,,,,,,

8、,,,,,,,,,,,,鈉主線系的雙線,加磁場,,,,,,,,,反常花樣,鈉的反常塞曼效應,無磁場,返回目錄,二、磁能級之間的躍遷選擇定則 產(chǎn)生 ? 線(但 時

9、 除外) 產(chǎn)生 線,三、塞曼效應的理論解釋,一、分裂后的譜線與原來譜線的波數(shù)(或頻率)差,根據(jù)上述理論可以解釋塞曼效應的實驗事實。 對于單線系的一條譜線，由于S=0，2S+1=1，所以可以算出g2=g1=1,因而：,例如鎘6438.47埃紅線在磁場中的分裂情況就是正常塞曼效應:,這條線對應的躍遷是,1D2,1P1,,1P1,1D2,L S J

10、 M g Mg,2 0 2 0，±1，± 2 1 2,1 0 1 0， ±1 1 1,,,,,,,,,,,,,,1D2,1P1,無磁場,,,,,1D2,1P1,無磁場,,,? ?

11、 ?,有磁場,Cd6438Å的正常塞曼效應躍遷圖,對于具有雙重或多重結構的光譜線在磁場中的分裂情況，由于 因而，,由 的組合，結合選擇定則，就可得到許多條分線。,例如Na鈉5890埃和5896埃雙線在磁場中的分裂情況如下：,這兩條線對應的躍遷是：,2P3/2,

12、2P1/2,2S1/2,2S1/2,,,2S1/2,2P3/2,2P1/2,L S J M g Mg,0 1/2 1/2 ±1/2 2 ± 1,1 1/2 1/2 ±1/2 2/3 ±1/3,1

13、 1/2 3/2 ±1/2±3/2 4/3 ±2/3 ±6/3,,,,,,,,,,,,,,2P2/3,2P1/2,2S1/2,能級分裂,無磁場,有磁場,,,,,,,,,,,,,,,2P2/3,2P1/2,2S1/2,,,,,,,,,,,,無磁場,有磁場,,,2P3/2,2P1/2,2S1/2,,,,無磁場,有磁場,,-3/2 -6/3,?? ? ? ?

14、 ? ? ?? ?,5896,5890,一、順磁共振 順磁性原子(即具有磁矩的原子)置于磁場中,其能級分裂為(2J+1)層,如果在原子所在的穩(wěn)定磁場區(qū)域又疊加一個與穩(wěn)定磁場相垂直的交變磁場,并且調整交變磁場的頻率使hv滿足 則原子將在兩臨近的磁能級之間發(fā)生躍遷,可通過儀器探測出來。,§ 6.4 順次共振和核磁共振,§ 6.6 物質的磁性1、抗磁性、順磁性2、抗磁性物質（小，每個